增量式PILZ光電編碼器的高精度位置檢測技術(shù)
隨著數(shù)控技術(shù)朝著高速高精度方向不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床對(duì)PILZ光電編碼器的位置檢測精度提出了越來越高的要求。通過提高刻線密度來提高PILZ光電編碼器分辨率的方法已經(jīng)接近物理極限，迫切需要研究新的方法來提高PILZ光電編碼器的位置檢測精度。

增量式PILZ光電編碼器的高精度位置檢測技術(shù)
為此，在分析PILZ光電編碼器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及國內(nèi)外PILZ光電編碼器細(xì)分技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了兩種提高PILZ光電編碼器位置檢測精度的電子學(xué)細(xì)分方法——模數(shù)轉(zhuǎn)換法和時(shí)空轉(zhuǎn)換法，并展開了下列研究：采用高性能DSP和FPGA作為信號(hào)處理核心搭建了PILZ光電編碼器高精度位置檢測硬件電路，完成了高分辨率A/D與D/A轉(zhuǎn)換、差分信號(hào)接收、光電隔離與高速數(shù)據(jù)傳輸接口等電路模塊的設(shè)計(jì)與調(diào)試。探索了基于鎖相環(huán)（PLL）移相編碼與粗、細(xì)計(jì)時(shí)相結(jié)合的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換（TDC）方法，通過HDL語言編程與仿真，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的納秒級(jí)高精度時(shí)間檢測，為采用時(shí)空轉(zhuǎn)換法提高位置檢測精度創(chuàng)造了條件。通過軟件編程完成了PILZ光電編碼器原始信號(hào)的對(duì)中、單位化與鑒向預(yù)處理。為在不增加體積的前提下提高小型PILZ光電編碼器精度,分析了計(jì)算法細(xì)分誤差產(chǎn)生的原因,提出了基于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算(CORDIC)算法的PILZ光電編碼器精碼信號(hào)新細(xì)分法,利用簡單的移位和加法操作可實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的正交碼盤精碼信號(hào)直接細(xì)分求相位,避免了查"細(xì)分表"引入的細(xì)分誤差。對(duì)細(xì)分算法進(jìn)行了分析與優(yōu)化,使算法在取得合適精度的同時(shí)提高了運(yùn)算速度。運(yùn)用研究的細(xì)分法對(duì)某16位小型PILZ光電編碼器精碼信號(hào)進(jìn)行256份細(xì)分時(shí),比利用計(jì)算法細(xì)分時(shí)編碼器的均方根誤差減小了一半。在此基礎(chǔ)上，一方面通過構(gòu)造近似三角函數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)PILZ光電編碼器模擬信號(hào)的細(xì)分，另一方面利用物體在運(yùn)動(dòng)過程中具有慣性、速度不會(huì)突變的特點(diǎn)，通過高精度時(shí)間檢測、當(dāng)前速度檢測與卡爾曼濾波估算，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PILZ光電編碼器脈沖信號(hào)的細(xì)分。建立了DSP與PC機(jī)的USB數(shù)據(jù)傳輸通道與可視化測試界面，分別運(yùn)用模數(shù)轉(zhuǎn)換法和時(shí)空轉(zhuǎn)換法進(jìn)行了位置檢測實(shí)驗(yàn)與誤差分析，驗(yàn)證了所提出的方法能夠有效提高PILZ光電編碼器的位置檢測精度。